Как работают квантовые компьютеры? - просто объяснил
Видео по теме: (May 2024).
В настоящее время ученые постоянно работают над квантовыми компьютерами. IBM недавно запустила свой первый квантовый компьютер. Мы объясняем, как они работают здесь.
Квантовые компьютеры: это то, что называется кубитами
Так называемые кубиты используются в квантовом компьютере.
- Обычные биты на компьютере могут принимать только два разных значения: 0 и 1 или «включено» и «выключено». Однако кубит может находиться в промежуточном состоянии, равном нулю и единице, в течение определенного периода времени, так называемого времени когерентности.
- В этом состоянии ученые говорят о суперпозиции . После измерения кубит переходит в одно из двух четко определенных состояний, чтобы результат измерения можно было сохранить в классическом бите. С технической точки зрения потеря суперпозиции называется декогеренцией .
- В лаборатории такие кубиты сделаны из ионов или сверхпроводящих петель, так называемых СКВИДов .
- При работе с ионами невозбужденный ион соответствует состоянию 0, а возбужденный - состоянию 1. Атом с наименьшей возможной энергией называется невозбужденным. Однако, если вы добавляете энергию в атом, он возбуждается, потому что внешние электроны достигают более высоких уровней энергии. Ионы могут быть возбуждены с помощью лазера.
Квантовые регистры - нужно знать, что
Для решения арифметических операций требуется несколько кубитов. Говорят о так называемом квантовом регистре. Затем информация распространяется на все кубиты регистра.
- Такой квантовый регистр обычно состоит из 14 ионов, которые хранятся вдоль оси на расстоянии нескольких микрометров. Важно, что этими кубитами легко манипулировать, но они также невосприимчивы к помехам.
- Это означает, что кубиты должны оставаться в своих соответствующих состояниях как можно дольше, пока не будет выполнена арифметическая операция. Декогеренция, то есть возврат к классическому состоянию, должна быть отложена как можно дольше.
- Логические операторы используются для манипулирования состояниями, которые уже используются в информатике. В квантовых компьютерах эти операторы называются квантовыми воротами . Они имеют решающее значение для продолжительности облучения и для длины волны света.
- Самая простая операция - отрицание, называемая НЕ . Состояние кубита просто переворачивается или отменяется. В двоичной системе 0 станет 1 и наоборот. Это переключение происходит очень быстро и очень часто по порядку и следует алгоритму программы.
- Для определения начального состояния квантовой решетки ее облучают лазерными импульсами. Длина облучения может определять вероятность, с которой атом находится в возбужденном состоянии.
- Примерно после десяти микросекунд облучения ион, который изначально не возбужден, находится в возбужденном состоянии. Однако, если этот атом облучается только вдвое дольше, он будет находиться в этом промежуточном состоянии, поскольку он с вероятностью на 50 процентов находится в основном состоянии и на 50 процентов с большей вероятностью в возбужденном состоянии.
- Для считывания результата после выполнения алгоритма на ионы подается другой лазерный импульс с другой длиной волны. Флуоресценция указывает, возбуждены они или нет. Затем компьютер может определить правильные значения.
Квантовые компьютеры: современное состояние
На выставке электроники в Лас-Вегасе IBM представила свой первый готовый к рынку квантовый компьютер в этом году.
- По сравнению с предыдущими моделями IBM Q Systems One уже рассчитывает с 20 кубитами, что является критерием для правильно функционирующего квантового компьютера. По данным IBM, ему удалось сохранить 20 кубитов в подготовленном состоянии в течение 75 микросекунд.
- Квантовый компьютер с 50 кубитами должен иметь возможность положить в карман любой классический суперкомпьютер.
- IBM Q Systems One - стеклянная коробка длиной и шириной два с половиной метра не должна выставляться на продажу. Вместо этого выбранные пользователи могут получить к нему доступ из облака и выполнять вычисления.
От квантового компьютера к перфокарте: так выглядел самый первый компьютер
В следующем практическом совете мы покажем вам, как правильно преобразовывать двоичные и шестнадцатеричные числа.